Das Universum dehnt sich immer schneller aus

Peter0167 schrieb:Ein Objekt in 10mpc Entfernung entfernt sich in der gleichen Zeit schon 700km von uns weg, usw. usw. ...

Irgendwann ist dann ab einer bestimmten Entfernung der Punkt erreicht, an dem sich Objekte schneller von uns weg bewegen, als die Lichtgeschwindigkeit. Das ist jedoch kein Verstoß gegen die SRT, da sich ja die Objekte nicht im Raum so schnell bewegen, sie entfernen sich nur so schnell, weil immer neuer Raum zwischen uns und den Objekten entsteht.

:merle:

Ich hätte da noch Fragen dazu:

Besitzen diese Objekte - für uns als Bezugspunkt - eine kinetische Energie?

Falls ja - und angenommen, die Expansion würde sich verlangsamen,
würden dann diese Objekte weiterhin (unbeeindruckt) sich mit ihrer "alten" Geschwindigkeit
von uns weg entfernen?

delta.m schrieb:Besitzen diese Objekte - für uns als Bezugspunkt - eine kinetische Energie?

Von kinetischer Energie sprechen wir ja genau dann, wenn sich die beiden Objekte IM Raum relativ zueinander bewegen würden, zudem stellt sich da auch noch die Frage nach dem Bezugssystem, also wer bewegt sich da relativ zu wem.

Im Falle der Expansion des Universums bewegen sich die Objekte jedoch nicht im Raum, vielmehr expandiert der Raum zwischen den Objekten selbst. Daher kann ein Beobachter auch nur jene kinetische Energie feststellen, welche die Objekte ohnehin aufgrund ihrer relativen Eigenbewegung zueinander (ohne Expansionseffekte) besitzen.

Bei einer Verlangsamung der Expansion sollten daher auch keine "Trägheitseffekte" dazu führen, dass die "alte" Geschwindigkeit beibehalten wird. Da sich Masse, Energie und Geschwindigkeit expansionsbedingt nicht ändern, ändert das auch nichts am Impuls der Objekte (m.M.n.).

Kann aber auch sein, dass ich hier kompletten Bullshit labere, solche Fragen sind halt nicht meine Gehaltsklasse. Womöglich kann das der Kollege Arrakai besser beantworten. :)

Peter0167 schrieb:Bei einer Verlangsamung der Expansion sollten daher auch keine "Trägheitseffekte" dazu führen, dass die "alte" Geschwindigkeit beibehalten wird. Da sich Masse, Energie und Geschwindigkeit expansionsbedingt nicht ändern, ändert das auch nichts am Impuls der Objekte (m.M.n.).

Aber die "Expansion" musste doch iwie Energie aufwenden, um diese Objekte auf die Geschwindigkeit zu bringen, mit der sie sich von uns entfernen.

Ansonsten würden die Objekte bei der Expansion des Raumes einfach ihre bisherige Bewegung beibehalten und nur der Raum würde sich "drum herum" vergrößern.

Andererseits würden Objekte,
die sich mit Überlichtgeschwindigkeit von uns weg-entfernen,
bei einem (angenommenen) Stillstand der Expansion,
durch ihre Masseträgheit real mit ÜL von uns weg-bewegen...

Schließe mich aber Deinem

Peter0167 schrieb:kann aber auch sein, dass ich hier kompletten Bullshit labere

an :D

delta.m schrieb:Besitzen diese Objekte - für uns als Bezugspunkt - eine kinetische Energie?

Meiner Meinung nach nicht weil sie sich in Wirklichkeit gar nicht bewegen. Deine Überlegung

delta.m schrieb:Aber die "Expansion" musste doch iwie Energie aufwenden, um diese Objekte auf die Geschwindigkeit zu bringen, mit der sie sich von uns entfernen.[b/quote]

hat deshalb keine Grundlage, läuft sozusagen ins Leere. Das gilt auch für Deine weitere Überlegung

delta.m schrieb:Andererseits würden Objekte,
die sich mit Überlichtgeschwindigkeit von uns weg-entfernen,
bei einem (angenommenen) Stillstand der Expansion"
durch ihre Masseträgheit real mit ÜL von uns weg-bewegen...

Wenn die Raumentstehung plötzlich aufhören würde würden auch genau so plötzlich alle (Schein-) bewegungen aufhören. Der Nachthimmel dürfte um einiges heller sein weil Billiarden Galaxien deren Licht durch die Scheinbewegung außerhalb des sichbaren liegt plötzlich zu sehen wären. Und wir könnten uns auf die Reise machen zum "Rand" des Universums. Den wir mit einer annähernd lichtschnellen Rakete nach 14 Milliarden Erdjahren erreicht hätten. Wo wir dann aber feststellen würden dass es dort auch nicht anders aussieht als von der Erde weil der "Rand" "mitgewandert" ist.
Spannend wird es dann wenn wir unsere Reise weitere 14 Milliarden Erdenjahre fortsetzen würden. Wenn wir von Anfang an peinlich genau darauf geachtet hätten ganz genau geradeaus zu fliegen würden wir nämich wieder auf der Erde ankommen. Einer sehr hypothetischen Erde die 28 Milliarden Jahre durchgehalten hätte ohne jede Eigenbewegung, aber das lassen wir mal außen vor.
Komisch und schlecht vorstellbar? Man nehme einen Fußball und bewege einen Finger in ganz gerader Linie über seine Oberfläche. Egal in welcher Richtung, man wird wieder an seinem Ausgangspunkt ankommen. Und hat dann in 2 Dimensionen das gemacht was man in drei Dimensionen in unserem Universum anstellen könnte wennn es denn statisch wäre.
Was bei einem Wegfall der Raumausdehnung mit hypothetischen überlichtschnellen Galaxien passieren wüde weiß ich auch nicht zu sagen. Wahrscheinlich gar nichts besonderes. Sie wären genau so zu sehen ihre langsamen Geschwister, aber weiter weg und wir würden festellen dass das Universum um einiges größer wäre als vorher angenommen.

Lupo54 schrieb:Meiner Meinung nach nicht weil sie sich in Wirklichkeit gar nicht bewegen. Deine Überlegung hat deshalb keine Grundlage, läuft sozusagen ins Leere.

Aber nur, wenn deine Meinung auch der Realität entspricht ;)

Was unterscheidet dann 2 Objekte voneinander:

Objekt 1 bewegt sich mit einer "Eigengeschwindigkeit" von 1 km/s von uns,
Objekt 2 besitzt keine "Eigengeschwindigkeit" entfernt sich nur durch die Raumexpansion mit 1 km/s von uns fort.

Besitzt nur Objekt 1 (bezüglich uns) eine Bewegungsenergie und Objekt 2 keine?

Angenommen Objekt 2 wäre mit einem Gummiband mit uns verbunden,
würde Objekt 2 dann keinen Zug auf das Band ausüben?

delta.m schrieb:Und wir könnten uns auf die Reise machen zum "Rand" des Universums. Den wir mit einer annähernd lichtschnellen Rakete nach 14 Milliarden Erdjahren erreicht hätten.

Ich meine, es wären noch ein paar Mrd. L J mehr aber verstehe schon, auf was Du hinaus willst ...

delta.m schrieb:Besitzt nur Objekt 1 (bezüglich uns) eine Bewegungsenergie und Objekt 2 keine?

ja

delta.m schrieb:Angenommen Objekt 2 wäre mit einem Gummiband mit uns verbunden,
würde Objekt 2 dann keinen Zug auf das Band ausüben?

ja. Das Band würde "von allein" länger werden

Ist schwer zu verstehen weil auf der Erde mit der Vergrößerung einer Entfernung zwischen zwei Objekten immer die Bewegung mindestens eines Objektes verbunden ist. Was dann wiederum mit Energieaufwand verbunden ist um dieses Objekt in Bewegung zu setzen.
All das gilt nicht wenn zwischen den Galaxien quasi aus dem Nichts Raum neu entsteht. Ob dazu Energie notwendig ist, wenn ja was das für eine Energie ist und wo sie herkommt ist unbekannt.
Alles was wir noch sicher sagen können dass nach dem allgemeinen Relativitätsgesetz die Raumentstehung nicht stattfinden kann (und wohl auf nicht tut) wenn Gravitation im Spiele ist.
Wobei die schwache Gravitation die in Galaxien zwischen den Sonnen auftritt und diese in Wirbeln um ein Zentrum kreiseln lässt schon ausreicht.

delta.m schrieb:Angenommen Objekt 2 wäre mit einem Gummiband mit uns verbunden,
würde Objekt 2 dann keinen Zug auf das Band ausüben?

Beides - sowohl diee Bewegung durch den Raum als auch die durch Expansion verursachte Bewegung -, hätte im diesem Fall den gleichen Effekt. Es würde also ein Zug ausgeübt weden. Damit könnte man sich die Dunkle Energie sogar nutzbar machen. Allerdings ergibt das Konzept von kinetischer und potenzieller Energie auf solch großen Skalen überhaupt keinen Sinn. Du kannst ja keine Gummibänder spannen bzw. überhaupt irgendeine direkte Interaktion zwischen den Objekten herbeiführen.

Lupo54 schrieb:Ob dazu Energie notwendig ist, wenn ja was das für eine Energie ist und wo sie herkommt ist unbekannt.

Doch, schon. Ohne Energie würde das Universum nicht mal wachsen, sondern kollabieren. Heute vermutet man, dass die Nullpunktenergie des Vakuums die Expansion antreibt. Rein mathematisch wird die DM oft mit dem Lambda aus den Feldgleichungen identifiziert (auch wenn es nicht immer genau dasselbe ist).

Lupo54 schrieb:Alles was wir noch sicher sagen können dass nach dem allgemeinen Relativitätsgesetz die Raumentstehung nicht stattfinden kann (und wohl auf nicht tut) wenn Gravitation im Spiele ist.

Außer eben, man baut eine kosmologische Konstante ein. Daher heißt das Standardmodell der Kosmologie auch Lambda-CDM.

Lupo54 schrieb:Wobei die schwache Gravitation die in Galaxien zwischen den Sonnen auftritt und diese in Wirbeln um ein Zentrum kreiseln lässt schon ausreicht.

So „klein“ muss es gar nicht sein. Da reicht schon ein Galaxiencluster bzw. alles, was gravitativ gebunden ist.

Arrakai schrieb:Beides - sowohl diee Bewegung durch den Raum als auch die durch Expansion verursachte Bewegung -, hätte im diesem Fall den gleichen Effekt. Es würde also ein Zug ausgeübt weden.

@Arrakai

Also, wenn ich Dich jetzt richtig verstanden habe, dann könnte man meine frühere Frage

delta.m schrieb:Besitzen diese Objekte - für uns als Bezugspunkt - eine kinetische Energie?

Falls ja - und angenommen, die Expansion würde sich verlangsamen,
würden dann diese Objekte weiterhin (unbeeindruckt) sich mit ihrer "alten" Geschwindigkeit
von uns weg entfernen?

mit "ja" beantworten (?)

... und was passiert dann in diesem (rein fiktiven) Fall

delta.m schrieb:würden Objekte,
die sich mit Überlichtgeschwindigkeit von uns weg-entfernen,
bei einem (angenommenen) Stillstand der Expansion,
durch ihre Masseträgheit real mit ÜLG von uns weg-bewegen...

???

delta.m schrieb:Also, wenn ich Dich jetzt richtig verstanden habe, dann könnte man meine frühere Frage […] mit "ja" beantworten (?)

Wie gesagt, kinetische und potentielle Energie sind nur dann relevant, wenn die beiden Bezugssysteme direkt miteinander interagieren können. Im Falle von kosmischen Maßstäben passiert das aber nicht. Dass das nicht funktionieren würde, sieht man schon daran, dass die potentielle Energie von Galaxien hinter unserem Ereignishorizont rechnerisch unendlich groß wäre.

delta.m schrieb:Andererseits würden Objekte,
die sich mit Überlichtgeschwindigkeit von uns weg-entfernen,
bei einem (angenommenen) Stillstand der Expansion,
durch ihre Masseträgheit real mit ÜL von uns weg-bewegen...

In ihren eigenen Bezugssystem bewegen sie sich ja nicht unendlich schnell, sondern befinden sich im freien Fall. Die relative Geschwindigkeit bezogen auf uns spielt dabei keine Rolle.

Peter0167 schrieb am 20.01.2025:Im Falle der Expansion des Universums bewegen sich die Objekte jedoch nicht im Raum, vielmehr expandiert der Raum zwischen den Objekten selbst. Daher kann ein Beobachter auch nur jene kinetische Energie feststellen, welche die Objekte ohnehin aufgrund ihrer relativen Eigenbewegung zueinander (ohne Expansionseffekte) besitzen.

Dem stimme ich zu. Im Prinzip müßte durch die Expansion durch zusätzlichen Raum auch die Kinetische Energie (Gummiband = potentielle Energie) zwischen 2 Bezugspunkten erhöhen, z. Bsp. zwischen der Erde und Beta Geutze. Sehr wahrscheinlich letztendlich durch die dunkle Energie.
Da die Expansion aber gleichmäßig von jedem Punkt in alle Richtungen ausgeht, also wie du schon richtig feststellst zwischen den (allen) Objekten selbst, wird das Objekt (jede Materie) keine höhere kin. Energie bekommen da sich das alles gegeneinander in Summe aufhebt und keine reale Beschleunigung stattfindet. Das Objekt bleibt quasi stehen und rundherum entsteht gleichmäßig mehr Raum aus dem Nichts.

delta.m schrieb am 20.01.2025:pannend wird es dann wenn wir unsere Reise weitere 14 Milliarden Erdenjahre fortsetzen würden. Wenn wir von Anfang an peinlich genau darauf geachtet hätten ganz genau geradeaus zu fliegen würden wir nämich wieder auf der Erde ankommen. Einer sehr hypothetischen Erde die 28 Milliarden Jahre durchgehalten hätte ohne jede Eigenbewegung, aber das lassen wir mal außen vor.

Also an den Rand des Universums kommen wir nach 14 Mrd. Jahren mit Lichtgeschw. wohl nicht, höchstens an den Rand des von uns aus sichtbaren Universums und auch nur wenn sich dieses in der Entfernung nicht bereits mit schneller als Lichtgeschw. expandiert, wir es also nicht mehr einholen können.

Die Erde werden wir wohl auch nicht mehr erreichen, da das Universum nicht rund ist. Dies wurde mit Lasermessungen über weite Entfernungen im Weltall festgestellt, das es keine Krümmung des Raumes gibt, die auf eine Kugelform schließen lassen, das Weltall ist also anscheinend unendlich wie eine grade Linie die sich nie mehr schließt.

hidden schrieb:Im Prinzip müßte durch die Expansion durch zusätzlichen Raum auch die Kinetische Energie (Gummiband = potentielle Energie) zwischen 2 Bezugspunkten erhöhen

Wenn schon, dann die potentielle Energie, die Objekte entfernen sich ja voneinander.

hidden schrieb:Da die Expansion aber gleichmäßig von jedem Punkt in alle Richtungen ausgeht, also wie du schon richtig feststellst zwischen den (allen) Objekten selbst, wird das Objekt (jede Materie) keine höhere kin. Energie bekommen da sich das alles gegeneinander in Summe aufhebt und keine reale Beschleunigung stattfindet.

Wie sollte sich dadurch was aufheben? Potentielle und kinetische Energie definierst du bezogen auf zwei Objekte. In diesem Fall entfernen sich diese zwei Objekte. Alle anderen sind dabei egal.

hidden schrieb:Die Erde werden wir wohl auch nicht mehr erreichen, da das Universum nicht rund ist.

Der Fehlerbalken ist so groß, dass noch alle denkbaren Varianten möglich wären. Meist wird von einem flachen Universum ausgegangen, aber mit letzter Sicherheit werden wir das nie sagen können, da wir dafür nicht genau genug messen können.

Arrakai schrieb am 21.01.2025:Heute vermutet man, dass die Nullpunktenergie des Vakuums die Expansion antreibt.

Nur das man damit 120 Zehnerpotenzen daneben liegt.
Die schlechteste Vorhersage der Physik sein Anbeginn. :-)

stefan33 schrieb:Nur das man damit 120 Zehnerpotenzen daneben liegt.
Die schlechteste Vorhersage der Physik sein Anbeginn. :-)

Nennt sich nicht umsonst Vakuumkatastrophe ;)

Wenn man über Lambda CDM spricht in einem Forum wie diesem, kann man ruhig auch das Timescape-Modell als Alternative auflisten, die im deutschen Sprachraum scheinbar recht beliebt ist. Nach Timescape ist die beobachtbare Expansion des Universums nicht durch dunkle Energie, sondern durch den unterschiedlich schnellen Fluss der Zeit zu erkären. In einer Void müsste die Zeit demnach regulär verlaufen, in eine Galaxis oder besser gleich einem Galaxienhaufen langsamer (Zeit wäre als abhängig von der Masseverteilung). Das Licht würde natürlich auch unterschiedlich schnell unterwegs sein (für uns aufgrund der RT aber gleich schnell erscheinen), und das Resultat dieser Verschiebung ist - laut timescape - das beobachtbare Universum. Eine Void würde demnach durch diese Einflüsse scheinbar schneller wachsen (sie ist ja schneller in der Zeit unterwegs als der Galaxienhaufen). Beantworten ließe sich die Frage höchstens durch die Auswertung der ZTR Supernovae Studie, die wenigstens meiner bescheidenen Meinung nach in Richtung Timescape schwingt... Von der Diskussion sollte man zukünftig mehr hören. Vielleicht hat Arrakai ja eine Meinung dazu.

Grüße aus einem (möglicherweise nicht homogenen) Universum,

JM

@moredread

Das wurde vor kurzem hier erwähnt. Ich denke, das hat schon so seine Probleme, wss großräumige Aussagen anbelangt...

Arrakai schrieb am 14.01.2025:Naja, das Modell macht Aussagen für den Bereich bis z < 0,1, wenn ich es recht verstehe. Das lässt doch keine Rückschlüsse auf die DE zu, das ist ja (fast...) noch Mikrokosmos. Ggf. müsste ich mich mal näher damit befassen...

Stimmt, bin darüber gestolpert. Sorry, habe nicht alle Posts vorher gelesen. Mea Culpa.

Mir scheint nur, das die Timescape-Hypthese gute Antworten auf einige Fragen liefern kann, bspw., warum wir Galaxien sehen mit einer Rotverschiebung von z ≈ 13 (z. B. JADES-GS-z13-0). Es ist ja nicht so, das es keine Erklärung innerhalb Lambda CDM gäbe (halt eine mit relativ extremen Annahmen). Wäre halt interessant zu sehen, ob zukünftige Euclid Daten die allgemeine Vermutung bestätigen. Vielleicht findet sich bis dahin ja eine Erklärung für die Masseverteilung im frühen Universum nach Timescape. Timescape mit ART-metrik existiert ja schon und dafür gibt es eine Menge besätigender Messungen wie die Pantheon Supernvae Messung oder die bessere Erklärung der Krümmung des gesamten Universums, die ja nicht mit Lambda CDM übereinstimmt.

Aber: Ich kriege keine Glitzersternchen auf die Wange, wenn Timescape zutreffen sollte. Bin nur am Thema interessiert und freue mich auf Input wie den Deinen.

@moredread
Schau dir am besten das Video von PBS Spacetime an, wo Matt O'Dowd das Timescape Model ganz gut erläutert und anschließend zerlegt...

Does Timescapes DISPROVE Dark Energy?

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Noumenon schrieb:Video von PBS Spacetime an, wo Matt O'Dowd das Timescape Model ganz gut erläutert

Ich kenne das Video. Was ist denn Deine Meinung zum Thema? Ich selbst sehe den CMB als größtes Problem. Ein inhomogenes Universum würde eben so eine Hintergrundstrahlung erzeugen, eine inhomogene. Da sagt Timescape etwas anderes - oder aber behaupetet, wir wären so von Massenansammlungen und Voids umgeben, das die CMB davon ausgemittelt wird. Das aber ist so extrem unwahrscheinlich.

Mir persönlich erscheint Timescape als eine Methode, das Lambda CDM Modell mal durchzurütteln. Daher erscheint es mir sinnvoll, die Dinge durch Timescape zu betrachten. Folgende offene Fragen gäbe es an das bestende Modell nach Timescape:


1. Hubble-Tension
Lokale Messungen (bspw. über Supernovae) ergeben höhere Werte für die Expansion, CMB-Messungen liefern niedrigere Werte
2. Nahbereich-Supernovae
Supernovae im Nahbereich (z < 0,03) passen in den Daten besser zu Timescape als Lambda CDM
3. CMD-Anomalien
Bei genaurem Hinsehen lässt sich im CMB eine Assymetrie feststellen, der Süden ist kälter. Dort befindet sich auch der kalte Fleck.
4.Baryonische Akkustische Oszillation
Die "Schallwellen" des frühen Universums erzeugen Strukturen, die gewissermaßen Störungen im Lambda CDM darstellen, aber in Timescape gewissermaßen als reguläres Artefakt enthalten sind

Ich betrachte Timescape als ein Modell, das die Homogenität des Universums in Frage stellt. Das wird sich hoffentlich klären, wenn Euclid erst mal seine 10 Milliarden Galaxien durchforstet hat. Die Krise in der Kosmologie ist gewissermaßen unabhängig von Timescape, insofern, als das Timescape hochgespült wurde, als die Krise begann. Es gibt noch reihenweise anderere Alternative Deutungsmöglichkeiten wie bspw. MOND. Die aber funktionieren schlecht mit aktuellen Beobachtungen. Dunkle Energie wird aber so oder so in Frage gestellt. Bleibt also nur die Möglichkeit der Deutung. Was wäre Deine bevorzugte Erklärung für die Diskrepanz in den Daten?

moredread schrieb:Ich kenne das Video. Was ist denn Deine Meinung zum Thema?

Naja, ohne mich da tief in die Materie eingearbeitet zu haben, mag ich mich da eigentlich nur ungern auf einen bestimmten Standpunkt festlegen. Ich bin sowieso schon ganz froh, wenn ich den aktuellen Herausforderungen und Erkenntnissen im Bereich der Kosmologie (und Teilchenphysik) überhaupt halbwegs folgen kann. Und ohne ein explizites Studium der Physik mit entsprechenden Schwerpunkten im Hauptstudium (insbesondere Kosmologie & Astrophysik) ist das einfach verdammt schwierig.

moredread schrieb:Was wäre Deine bevorzugte Erklärung für die Diskrepanz in den Daten?

Inhomogenitäten, vor allem auf kleineren Skalen.

moredread schrieb:Bei genaurem Hinsehen lässt sich im CMB eine Assymetrie feststellen, der Süden ist kälter. Dort befindet sich auch der kalte Fleck.

Statistische Ausreißer, wenn du mich fragst. So wie auf der Erde bspw. der Mount Everest oder der Marianengraben. Oder die Asymmetrie bezüglich der Wasser- oder Landverteilung (die südliche Hemisphäre enthält viel weniger Landmassen). Es gibt möglicherweise keinen "höheren kosmologischen Grund" für derartige Anomalien. Aber gut, gibt ja auch noch ein paar mehr Anomalien im CMB, die in Summe durchaus verdächtig sein können. Und die Kosmologen sind ja auch ganz gut darin, da alle möglichen Erkenntnisse auf Basis des CMB zu gewinnen.